以二极管整流器为例的探索性仿真教学

二极管整流器属于不可控整流器,具有显著的非线性特性,在整流过程中存在许多难以理解的地方和难以发现的问题,属于教学难点。借助Matlab/Simulink仿真分析的灵活性,以二极管全桥整流器为背景探索如何深化仿真分析教学模式,给出具体的探索内容。结果表明,通过深化仿真分析,可以培养学生发现问题、分析问题和探究问题的能力,弥足单纯理论讲解的不足。

“电力电子技术基础”闭环型教学控制模型分析与实践

自动控制原理中的反馈闭环控制结构可以消除设定值与输出值之间的误差,使输出值跟随设定值或输入值。本文给出几种单闭环或双闭环反馈型教学控制结构,在与自动控制原理中反馈闭环控制结构进行对比分析后,分析了反馈型教学控制结构的工作原理,并给出了过去反馈型教学控制获得的经验,表明反馈型教学控制结构概念清晰,互操作性强,执行效率高,可扩展性强,易于推广应用。

工业余热回收系统优化策略原理

介绍有机朗肯循环发电系统在工业余热回收上的应用,选取某燃煤电厂为例,介绍其回收装置及节能分析,并在此基础上进行余热回收的优化策略分析。首先通过引入湿硫酸工艺,将烟气中的二氧化硫催化氧化为三氧化硫并在特殊换热器中冷凝并回收为硫酸副产品,以此打破烟气低品位余热深度利用的酸露点限制。然后通过有机朗肯循环和吸收式制冷集成的余热回收系统对烟气余热进行深度利用。通过数值模拟的方法对余热回收系统进行研究,通过模型验证确保数值模拟的可信度和准确性。

图腾柱功率因数校正器的二自由度控制分析

TPFC一般采用一自由度输出电压控制,在负载变化时输出电压动态特性较差,且启动过程存在明显超调。本文在推导TPFC双闭环控制结构基础上,引用了负载电流前馈控制和输出电压反馈补偿控制,构成两种二自由度(2DOF)控制结构。仿真分析表明,负载电流前馈型2DOF控制可以有效抑制负载变化引起的输出电压波动,但启动过程超调明显;输出电压反馈补偿型2DOF控制可以实现输出电压无超调启动,但是抑制负载变化的能力较差;综合负载电流前馈型和输出电压反馈补偿型的2DOF控制获得满意的输出电压控制效果,表现为启动过程无超调和变载过程无波动。

Boost DC-DC变换器连续导电模式解析

DC-DC变换器是“电力电子技术基础”课程的重要入门变换器,优选教学内容并合理布局,有助于学生养成良好的学习和思维习惯。根据电感电流的连续性以及负载电阻供电来源的差异性,Boost DC-DC变换器具有多种工作模式,包括连续导电模式(CCM)、临界导电模式(CRM)和断续导电模式(DCM)。其中CCM又可分为电感完全供能模式(CCM-CISM)和电感不全供能模式(CCM-IISM)。在理论分析和推导CCM-CISM与CCM-CISM临界电感表达式基础上,对几种典型工作模式采用Matlab/Simulink进行仿真验证。所得结果有助于加深学生对Booost DC-DC变换器工作原理的理解,引导学生学会深度思考和自行仿真验证随时产生的设想。

一种用电设备分析识别原理与应用

非侵入式负荷监测(NILM)与识别是智能电网建设的重要方面。针对非侵入式用电负荷监测技术提出了一种基于V-I轨迹与奇次谐波分量特征的混合特征矩阵和卷积神经网络相结合的方法。具体内容为:分析用电设备的基本特征,包括输入电流稳态特征和暂态特征。建立了六种单相交流电源供电的用电设备MATLAB/Simulink仿真电路,分别为电阻加热器、电吹风、LED灯串、电源适配器、变频空调和变频冰箱,作为待分析识别的用电设备,并提取了这六种负荷模型的网侧电流波形和频谱、V-I轨迹以及奇次谐波电流分量数据作为基本特征量;提出了一种采用V-I轨迹与奇次谐波特征的混合特征矩阵以及卷积神经网络(CNN)进行用电设备分析识别,经过PLAID数据集的训练和测试,能够有效识别稳态运行下的用电设备,给出了详细的解算过程,并提供了应用算例。此外,对比分析了已有三种检测方法,验证本文提出的基于混合特征矩阵以及卷积神经网络用电设备分析识别方法的优越性。

工业余热回收系统优化策略应用(下)

对于有机朗肯循环,首先进行工质筛选,从几种纯工质中筛选出最适合热源条件的两种作为非共沸工质的组分,并通过对比和优化选出了最佳工质混合比与蒸发压力。基于案例分析,整合工业余热回收系统设计及运行优化策略研究。使用VIKOR评价方法对使用不同工质的有机朗肯循环发电系统进行综合评估,证明优化方案能更好地综合权衡各项指标,取得满意的整体效果。在有机朗肯循环发电系统的基础上对烟气余热进一步优化回收,后接一个余热制冷系统组成余热梯级回收利用系统。对余热梯级回收利用系统进行了经济性分析,结果表明该系统具有良好的经济潜力。通过测算,可以看出采用余热梯级回收利用系统可以产生7698kW的电能以及24077kW的制冷量,系统投资可在4.89年内得以回收。

交流电力与信息数据双向同传的低压交流输电系统分析

随着电力电子技术与通讯技术的不断发展,采用同一电力电缆或信号电缆进行电力与信号同时传输也是构建新型电力系统的一个重要部分。本文提出了一种交流电力与信息数据双向同传的低压交流输电系统,一端负责调制数据信号作用在逆变器,另一端负责调制解调数据信号,这是一种与数据线供电和电力线载波通讯不同的信电同传方式。在分析该系统结构和工作原理的基础上,进行了仿真分析验证,结果表明该系统能够支持交流电力与信息数据的双向同传,适合较低功率低压交流功率传输的应用场合。

工业余热回收系统优化策略应用(上)

对于有机朗肯循环,首先进行工质筛选,从几种纯工质中筛选出最适合热源条件的两种作为非共沸工质的组分,并通过对比和优化选出了最佳工质混合比与蒸发压力。基于案例分析,整合工业余热回收系统设计及运行优化策略研究。使用VIKOR评价方法对使用不同工质的有机朗肯循环发电系统进行综合评估,证明优化方案能更好地综合权衡各项指标,取得满意的整体效果。在有机朗肯循环发电系统的基础上对烟气余热进一步优化回收,后接一个余热制冷系统组成余热梯级回收利用系统。对余热梯级回收利用系统进行了经济性分析,结果表明该系统具有良好的经济潜力。通过测算,可以看出采用余热梯级回收利用系统可以产生7698kW的电能以及24077kW的制冷量,系统投资可在4.89年内得以回收。

图腾柱功率因数校正器GWO-PID设计

灰狼优化(Greywolf optimization,GWO)属于种群智能优化算法,具有简单高效的优点,成功应用于许多领域。本文在阐述GWO搜索机制和设计过程后,将其应用到图腾柱功率因数校正器(TPFC)的电压外环PID参数选择,采用一种改进ITAE指标和能量变化约束进行PID参数寻优,得到电压外环优化的KP、KI和KD。分析结果表明,在启动过程中输出电压响应速度快且无超调,输入电流不超调,在变载过程中输出电压抗负载波动能力强。TPFCGWO-PID参数设置方法不依赖系统特征参数和传递函数的精确性。

成果导向与产学合作融合的学生培养模式

成果导向教育(OBE)通过一系列有效的教学实践使学生最大化地获得学习能力、实践能力、学习愿望和实践成果,产学合作协同育人项目是一种针对性较强、目的明确的教学实践。描述了研究生主持的英飞凌大学生创新创业联合基金项目“基于iMOTION控制器的PMSM对拖控制系统”的执行情况,包括项目任务、培养模式、成果取得。该项目的实施结果表明,产学合作协同育人项目是一种有效培养高素质研究生的新模式。

采用TCAD改善功率开关特性的仿真教学

为了实践我国新工科教育和成果导向教育,教学模式和教学内容需要做出相应的更新。针对“电力电子技术”课程中功率开关部分授课内容和授课手段比较薄弱的现实问题,以逆导型IGBT的物理结构、开关特性以及抑制电压回跳现象为例,给出采用计算机辅助分析软件Silvaco TCAD辅助分析功率开关特性的教学手段,并邀请有经验的研究生课上和课下示范讲解软件使用规范和技巧,激发学生的学习兴趣和热情。

直升机传动系统轴承试验机设计

随着我国航空工业的迅速发展,对航空轴承的质量要求也越来越高,为了保证直升机飞行安全,在直升机传动系统轴承出厂装机前,需要对其进行模拟试验。通过分析直升机传动系统轴承的规格、运转状况并结合工作环境,进行试验机总体设计及各系统设计,研制一款直升机传动系统轴承试验机,在转速、载荷、温度和润滑等方面模拟直升机实际运转状况,对直升机传动系统轴承进行高温、断油和耐久性等试验,最终满足了试验要求,保证了轴承质量。

矩阵整流器开关函数算法与电流空间矢量调制算法的研究

通过理论分析和仿真验证方法,研究了新型降压型矩阵整流器算法应用中的几个关键问题。建立了平衡与不平衡供电条件下矩阵整流器的开关函数算法,证明了平衡供电条件下该算法仍然能够实现MR的四象限能力,也证明了该算法与MR输入电流空间矢量调制(SVM)算法具有本质上的共性,并在详细分析平衡供电条件下电流SVM算法的基础上,给出了适用于3种不平衡供电条件下改进的电流SVM算法,包括波形畸变、幅值不平衡和初相不平衡,并且通过合理安排零矢量的作用区间而设计了一种共模电压抑制方法,使得共模电压降低一半,最后部分提供了基于Simulink7.0的仿真分析结果,验证了理论分析的正确性。

基于矩阵式变换原理的三相可控整流器

基于三相-三相矩阵式变换器(MC)的拓扑与开关函数矩阵,建立了一种三相可控整流器(三相AC/DCMC)的拓扑和开关函数矩阵.该整流器的最大输出电压幅值可达输入相电压幅值的1.5倍,输出电压极性任意可调,并具有宽范围输出电压调节、正弦输入电流零位移以及电能双向流动等能力,是一种通用的三相可控整流器.其应用场合包括AC/DC电动机传动、直流励磁、有源电力滤波、功率因数校正等许多领域.利用SIMULINK4.1进行仿真研究后,采用开关函数算法和一步换流策略实现了一种三相AC/DCMC带负载系统.仿真与实验结果验证了理论分析的正确性.

单周期控制的三相SPWM整流器

传统三相PWM(pulse width modulation)整流器需要乘法器、DQ坐标变换和网侧电压检测,控制算法复杂。为此,采用单周期算法控制PWM整流器,可以简化设计;推导了单周期控制OOC(one cycle control)三相PWM整流器的控制规律,证明了其与SPWM(sinusoidal pulse width modulation)的等价关系,并探讨了系统的稳定性,提出了控制环节参数的设计方法。建立了10 kW三相PWM整流器的仿真模型,该仿真模型比传统的SPWM控制方法具有动态响应快、控制方法简单、稳定性高等优点,并实现了单位功率因数;最后通过实验验证了单周期控制三相PWM整流器的可行性和高效性。

矩阵整流器电流SVM算法的仿真分析

在分析了三相输入电压平衡条件下矩阵整流器的输入电流空间矢量调制(SVM)算法后,重点提出了一种适用于三相输入电压不平衡条件下的基于扇区可变和瞬时值计算的通用电流SVM算法,并为提高新算法对电压不平衡的适应能力和增加输出电压利用率提出了一种简单的处理方法。为了验证这种算法的有效性,基于SIMULINK6.0建立了接近实际系统设计的矩阵整流器仿真模型,在详细地描述了该模型建立原理后,分别给出输入电压平衡和三种不平衡条件下的仿真结果,该结果与理论分析结果相一致,反映了所提出算法的正确性。

单相双重并联交错Boost PFC的实现

基于控制器L4981A和脉宽调制器SG3525A产生移相驱动信号,实现了一种单相双重并联交错BoostPFC电路,升压电感分别采用分立电感和耦合电感。仿真与试验结果表明,该PFC电路具有良好的校正效果,小的输入电流纹波,低的功率开关电应力,而且采用耦合电感时既可减小磁芯材料的体积,又可降低整个PFC功率部分的成本。

图腾柱PFC无静差二次型最优PID控制仿真分析

计算方法以及计算机技术的发展促进了现代控制理论的工程化。本文采用无静差二次型最优调节器(LQR)优化PID控制参数选取方法,设计了图腾柱功率因数校正器(PFC)二次型最优PID控制算法。在给出双闭环LQR优化PID控制原理后,建立了状态空间平均模型,采用MATLAB的LQR函数设计了BOOSTDC-DC变换器的双闭环PID控制算法,进而采用相同的双闭环PID控制参数设计了对等电气条件下图腾柱PFC二次型最优PID控制参数,搭建了MATLAB/Simulink仿真电路,分析结果反映了图腾柱PFC二次型最优PID控制参数优化方法是可行的。

最优最小开关损耗SVPWM地板水暖变频调速系统

为了提高地板水暖系统的整体性能,除了考虑管道系统的设计和水泵本身机械特性,还要考虑水泵电机变频调速系统的效率。针对提高电机变频调速系统效率的问题,在分析电压源逆变器多解性的基础上,分析几种最小开关损耗电压空间矢量脉冲宽度调制策略,提出一种最优化的解决方案,并应用于永磁同步电机-变频调速地板水暖系统,给出相应的开关损耗计算公式,采用Matlab/SIMULINK进行仿真分析,并基于TMS320F2401设计和实验整个变频调速地板水暖系统。实验结果表明,永磁同步电机-变频调速地板水暖系统中采用最小开关损耗电压空间矢量脉冲宽度调制策略是可行的,降低了有效开关次数的1/3。对于额定功率50 W负荷而言,相比非最优电压空间矢量脉冲宽度调制策略,开关损耗降低2 W左右,电压源逆变器变换效率提升4%左右,改善了工况。